生物技术与工程知识点课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

1.发酵概念：发酵是指人们利用 微生物 ，在 适宜 的条件下，将原料通过 微生物的代谢 转化为人 类所需要的产物的过程。 2.发酵原理： 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力 ，因此利用它们可以生产出人们所需要的 多种产物。 3.传统发酵技术概念：直接利用原材料中 天然存在 的微生物，或利用 前一次发酵 保存下来的面团、 卤汁等 发酵物 中的微生物进行发酵、制作食品的技术。 4.传统发酵技术特点：以混合菌种的 固体 发酵及 半固体 发酵为主，通常是 家庭 式或 作坊 式的。  5.豆腐发酵制作腐乳的过程中，参与的微生物有 酵母 、 曲霉 、 毛霉 等，其中起主要作用的是 毛霉 。 6.豆腐发酵的原理：毛霉等微生物能产生 蛋白酶 和 肽酶 等；经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质 被分解为 小分子的肽和氨基酸 ，味道鲜美，易于消化吸收。 1.乳酸菌是 厌氧细菌，在 无氧 条件下能将 葡萄糖 分解成 乳酸 （反应简式①), 可用于乳制品 的发酵、泡菜的腌制等。乳酸菌种类很多，在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内都有乳酸菌分布。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。 2.酵母菌是兼性厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵（反应简式②), 可用于酿酒、制作馒头和面包等。 温度 是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为 28 ℃。 3.醋酸菌是好氧细菌，当 O2 、糖源 都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸 （反应简式①); 当缺少糖源时则直接将乙醇转化为乙醛 ，再将乙醛变为乙酸（反应简式②)。醋酸菌可用于制作各种风味的醋。多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃ 。 1.培养基的基本成分包括 水 、 氮源 、 碳源 、 无机盐 等。 2.碳源是能为微生物的代谢提供碳元素的物质，如 CO2 、NaHCO3 等 无机 碳源，糖类、石油、花生粉 饼等 有机 碳源。异养微生物只能利用 有机 碳源。单质碳不能 （能/不能）作为碳源。 3.氮源是能为微生物的代谢提供氮元素的物质，如N2 、NH3 、NO3－ 、NH4＋等无机氮源，蛋白质、氨基 酸、尿素、牛肉膏、蛋白胨等有机氮源。只有 固氮 微生物才能利用 N2。 5.培养基还要满足微生物生长对 pH、特殊营养物质以及氧气的要求。例如，培养乳酸杆菌时需在培 养基中添加 维生素 ；培养霉菌时，培养基的pH 调至 酸性 ；培养细菌时，将 pH 调至 中性 或 弱 碱性 ；培养厌氧微生物时，提供 无氧 条件。 6.培养基的种类及用途：①按物理性质，可分为液体培养基、半固体培养基和固体培养基。液体培养基应用于工业或 生活生产，固体培养基应用于微生物的分离和鉴定，半固体培养基则常用于观察微生物的运动及 菌种保藏等。②按照用途，可分为 选择 培养基和 鉴别 培养基。 1.获得纯净培养物的关键是 防止外来杂菌的入侵 ，要注意以下几个方面： ①对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒 。 ②将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌 。 ③为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在 酒精灯火焰 附近进行。 ④实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与 周围的物品 相接触。 2.无菌技术除了用来防止实验室的 培养物 被其他外来微生物污染外，还能有效避免 操作者自身被微生物感染。 3.消毒：只使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。 a. 日常生活中经常用到 煮沸消毒法 ；b.对于一些不耐高温的液体如牛奶，可使用 巴氏消毒法 ；c.还可使用 化学药物 进行消毒，例如用 酒精 擦拭双手、用 氯气 消毒水源等； d.接种室、接种箱或超净工作台在使用前，可以用 紫外线照射 ； 4.灭菌：指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。 a.培养基一般采用湿热灭菌 ，其中高压蒸汽灭菌法的效果最好； b. 耐高温 的和需保持 干燥 的物品，如玻璃器皿、金属用具等，可采用 干热灭菌 ； c.接种过程中，微生物的接种工具、试管口、瓶口采用 灼烧灭菌 ；   1.选择培养基：在微生物学中， 允许特定种类 的微生物生长，同时 抑制或阻止其他种类 微生物生长的培养基。 2. 微生物的选择培养方法：稀释涂布平板法 。由于土壤细菌的数量庞大，要想得到特定微生物的纯培养物，必须要对土壤进行 充分稀释 ，然后再将菌液 涂布 到制备好的 选择 培养基上。 3.培养物：在微生物学中，将接种于 培养基 内，在 合适条件 下形成的 含特定种类微生物的群体 称 为培养物。 4.纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物。单菌落一般是由单个微生物 繁殖形成的纯培养物 。5.纯培养：获得纯培养物的过程。 6.菌落的概念：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成 肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。 1.倒平板时要使培养基冷却到 50 ℃左右，在 酒精灯火焰附近 倒平板。 2.平板划线法过程中，接种环蘸了 1 次菌液；若分五个区划线，则接种环共需灼烧 6 次。从第二次 划线开始，都应从 上一次划线的末端开始往下一区域 划线。 3.稀释涂布平板法除可以用于分离微生物外，也常用来统计样品中活菌的数目。当样品的稀释度足够 高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数， 就能推测出样品中大约含有多少活菌。为了保证结果准确，一般选择菌落数为 30～300 的平板进行 计数。在同一稀释度下，应至少对 3 个平板进行重复计数，然后求出 平均值 。 4.稀释涂布平板法统计的菌落数往往比活菌的实际数目 少 ，这是因为当两个或多个细胞连在一起时， 平板上观察到的只是一个菌落。因此，统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。C 是某一稀释度下平板上生长菌落数的平均值，V 是涂布平板时吸取的稀释液体积数值(mL)，M 是 稀释倍数；则每 g 样品中的细菌数=（C÷V） ×M 。 1.显微镜直接计数法 （1）原理：利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下观察、计数，再计算一定体积的样 品中微生物的数量。 （2）计数工具：血细胞计数板 常用于相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等；细菌计数板可对细菌等 较小的细胞计数； （3）优点：快速直观。 （4）缺点：①不能区分活菌和死菌，统计结果一般是活菌数和死菌数的总和。②难以观察个体 小 的 细菌。 2.分解尿素的细菌合成的 脲酶 可将尿素分解为 氨 ，使培养基的碱性 增强 。可以在以 尿素 为唯 一氮源的培养基中加入 酚红 指示剂，培养某种细菌，若指示剂 变红 ，可初步鉴定该种细菌能够分解尿素。   1.选育菌种：是为了获得性状优良的菌种，可通过从自然界中筛选、诱变育种或基因工程育种获得。  2.扩大培养：是为了获得更多的菌种，由于工业发酵罐的体积一般较大，因此需要接入的菌种总体积 大，所用培养基一般为液体培养基。 3.灭菌：发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。因此培 养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌； 4.接种：将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 5.发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵。 6.分离、提纯产物：①发酵产品是微生物细胞时，发酵结束后采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干 燥；②发酵产品是代谢物时，根据 产物的性质_采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品。 7.发酵工程的优点：① 生产条件温和 ；② 原料来源丰富且价格低廉 ；③产物专一；④废弃物对环 境的 污染小 和 容易处理 。   1.细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 2.植物组织培养是指将 离体 的植物 器官 、 组织 或 细胞 等(上述均可称作 外植体 )，培养在人 工配制的 培养基 上，给予 适宜的培养条件 ，诱导其形成 完整植株 的技术。 3.经诱导，已分化的细胞可以经过脱分化转变为未分化的细胞，形成愈伤组织，接着经过再分化重新 分化成芽、根等器官。 4.生长素与细胞分裂素用量的比值 高 ，促进根的分化，抑制芽的形成；比值 低 ，促进芽的分化， 抑制根的形成；比值适中，促进愈伤组织的形成。 (高/低/适中) 5.植物体细胞杂交是指将 不同来源 的 植物体细胞 ，在一定条件下 融合 成 杂种细胞 ，并把 杂 种细胞 培育成 新植物体 的技术。 6.人工诱导原生质体融合的方法：①物理法，包括 电融合法 、 离心法 等。②化学法，包括 聚乙 二醇（PEG）融合法 、 高 Ca2+-高 pH 融合法 等。 1.在进行植物体细胞杂交之前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。 2.植物组织培养常选用的材料是：分生组织。原因：全能性高，易培养成愈伤组织。 3.植物组织培养的理论基础：植物细胞的全能性。 4.从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖。 5.培育脱毒苗选择根尖或茎尖作为外植体。原因：根尖或茎尖病毒极少甚至无毒。 6.单倍体育种可以先通过花药（或花粉）培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能 培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株，极大地缩短了育种的年限。 7.植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 8.初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程都进行中。 次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行   1.动物细胞培养：从动物体中取出相关组织，分散成单个细胞，在适宜条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 2.动物细胞培养一般需满足：①适宜的营养；在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。②无菌、无害的环境；③适宜的温度、pH 和渗透压； ④适宜的气体环境。 3.在进行细胞培养时，通常置于含有95%空气和 5%CO2  的混合气体的 CO2 培养箱中进行培养。 4.取动物组织分散成单个细胞时可用机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理。 5.动物细胞培养时细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，该现象称为细胞贴壁。  6.接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，停止分裂增殖的现象。 7.动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，分瓶后的细胞培养称为传代培养。 8.传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散 成单个细胞，然后再用离心法收集。 1.干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。胚胎干细胞具有分化成成年动物体内的任何一种类型细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。 2.科学家利用诱导多能干细胞（iPS 细胞）治疗了小鼠的镰状细胞贫血。iPS 细胞最初由成纤维细胞转化而来，包括借助将特定基因导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成iPS 细胞。实际上 iPS 是细胞是多能干细胞。 3.诱导动物细胞融合的常用方法有PEG 融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。 4.制备单克隆抗体需要的技术手段：动物细胞融合和动物细胞培养。制备单克隆抗体的原理：细胞膜的流动性和细胞增殖。 5.制备单克隆抗体时，第一次筛选的目的是筛选获得杂交瘤细胞，第二次筛选的目的是筛选获得足够数量的能产生所需抗体的杂交瘤细胞。 6.单克隆抗体能够准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备。 1.动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。 2动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植，因为动物胚胎细胞分化程度低 ， 表现全能性相对容易。 3.为何选用MⅡ期卵母细胞：卵母细胞体积大，易操作；含有激发和促使细胞核全能性表达的物质和营养条件。卵黄多，营养物质丰富。 4.“去核”去的实际上是去除纺锤体-染色体复合物；目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作去核法。 5.通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。 6.用物理或化学方法（如电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程。 7.重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。 1.胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种处理，将获得的胚胎移植到雌性动物体 内生产后代。 2.胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。  3.在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。 4.刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能 ”。 5.精子触及卵细胞膜时，卵细胞膜外的透明带迅速发生生理反应，阻拦后来精子。精子入卵后，卵细胞膜也会立即发生生理反应，拒绝其他精子进入卵内。 6.胚胎早期发育：①受精卵期，卵裂在透明带内进行，分裂方式为 有丝分裂 ，细胞数目增加， 胚胎总体积不增加。② 桑葚胚 期，该时期及以前的细胞都具有 全能性 。③囊胚期， 内细胞团 将 来发育成胎儿的各种组织， 滋养层细胞 将来发育成胎膜和胎盘。④ 原肠胚 期，有了 三胚层 的分 化，是细胞分化最关键的时期。 7.囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作 孵化 。 1.哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。采集到的卵母细胞 和精子，要分别在体外进行成熟培养（即培养至MⅡ期）和获能处理（可对精子进行离心处理），才能用于体外受精。 2.胚胎移植中，提供胚胎的个体称为供体，接受胚胎的个体叫受体。 3.对供、受体进行的处理：同期发情处理；只对供体进行的操作：超数排卵处理。 4.胚胎移植一般选择移植 桑葚胚或囊胚阶段 的胚胎。 5.受体不会(会/不会)对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应。 6.胚胎移植后，经受体孕育的后代的遗传特性与 供体 (供体/受体)保持一致。 7.胚胎工程的最终技术环节是胚胎移植。 8.胚胎分割的材料应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。   1.切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，简称限制酶，主要是从原核生物中分离纯化出来的。这类酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每条链中特定部位的磷酸二酯键断开，产生黏性末端或平末端。 2.DNA连接酶：①E.coliDNA连接酶，来自大肠杆菌②T4DNA连接酶，来自T4 噬菌体。E.coliDNA 连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4DNA连接酶。 3.基因进入受体细胞的载体有质粒、噬菌体、动植物病毒。 4.质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA外，具有自我复制能力的环状双链 DNA 分子，作用是携带外源DNA片段进入受体细胞。 5.载体必须具备的条件：①能在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制；②具有 1个或多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。③具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 6.DNA 不溶于 酒精 ，某些蛋白质溶于该试剂，可利用该原理初步分离二者；DNA 在不同浓度的 NaCl溶液中溶解度不同，能溶于 2 mol/L (浓度)的NaCl 溶液。 7.一定温度下，DNA 遇二苯胺试剂呈现蓝色，可用于鉴定 DNA。 1.培育转基因抗虫棉主要步骤：①目的基因的筛选与获取 ②基因表达载体的构建 ③将目的基因导入受体细胞 ④ 目的基因的检测与鉴定。 2.获取目的基因的方法：人工合成、从基因文库中获取、利用PCR获取和扩增 3.PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 4.PCR一次循环可以分为变性、复性和延伸三步。常采用琼脂糖凝胶电泳(方法)鉴定 PCR 产物。 5.PCR技术需要根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物，引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。用于PCR的引物长度通常为20-30个核苷酸。 6.基因表达载体必须包括： 目的基因、启动子、终止子、标记基因。若需要能完成自主复制，还应有 复制原点。 7.启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游它是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录。 1.转化： 目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 2.农杆菌能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，无法侵染大多数单子叶植物。 3.农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA片段转移到被侵染的细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上。 4.将目的基因导入受体细胞的方法：①植物：农杆菌转化法、花粉管通道法；②动物：显微注射法；常用受体细胞是受精卵。 ③微生物：Ca2＋处理法(使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA 分子的生理状态——感受态)。 5. 目的基因是否在受体细胞内稳定维持和表达，要进行分子水平的检测，包括通过 PCR 等技术检测目的基因是否插入受体的DNA、是否转录出mRNA，进行抗原—抗体杂交检测是否翻译出蛋白质；其次，还需进行个体生物学水平的鉴定。 1.从某些生物中分离出 抗虫基因 并导入作物中，可以使之具有抗虫性状。  2.将 外源生长激素 基因导入动物体内可提高动物的生长速率。 3.乳腺生物反应器是指将 药用蛋白基因 与乳腺中 特异表达的基因的启动子 等调控元件重组在一起，通过 显微注射 的方法导入哺乳动物的 受精卵 中，发育成的转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌 乳汁 来生产所需药物。 4.科学家正在尝试利用基因工程技术改造猪的器官，采用的方法是在供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 5.用基因工程的方法，是外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。 6.蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 比较项目 基因工程 蛋白质工程 区 别 起点 过程 实质 结果 联系 生产自然界中已存在的蛋白质 生产自然界中非天然的蛋白质 定向改造生物遗传特性,以获得人类所需要的生物类型或生物产品 改造或制造人类所需要的蛋白质 预期的蛋白质功能 目的基因 获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 ②基因工程所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰改造 基因工程与蛋白质工程的比较 1.微生物具有结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点。 2.我国科学家将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播。 3.生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体，属于个体水平。 4.治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来治疗疾病。属于细胞或组织 水平。生殖性克隆和治疗性克隆都属于无性生殖，产生新细胞、新组织，遗传信息相同。 5.我国不允许进行任何生殖性克隆人实验。我国政府同样重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。 6.试管婴儿与设计试管婴儿都是有性生殖，都要经过①体外受精、②体外早期胚胎培养、③胚胎移植， 不同的是设计试管婴儿胚胎移植前需进行遗传学诊断。 7.生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等。生物武器的致病能力强、攻击范围广。 8.我国政府：任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，反对生物武器及其技术和设备的扩散， 并主张全面禁止和彻底销毁生物武器。 $